第四章 电磁兼容设计指南

 1.线路设计中应注意的问题

线路设计是实现产品电磁兼容性的重要内容。但设计师往往只考虑产品的性能，而没有将功能和电磁兼容性综合考虑，使产品在完成其功能的同时产生大量的功能性干扰及其它干扰。

1）波形选择

在逻辑电路设计中，选择方波时不能只考虑波形的上升和下降时间要短，而忽视波形的上升和下降时间越短，其傅立叶的频谱范围越宽这一规律。要求在满足功能的前提下，逻辑元件电压、电流波形的陡峭前沿及后沿都应受到控制。即全面考虑的前提下，适当加长波形的上升和下降时间。

2）线路参数选择

线路参数选择不当，有可能使线路本身成为干扰源。如某产品在频率170MHz这一点超过极限值20dB，查其原因，是电路中负反馈不够，当线路中有信号激励时会产生振荡。通过调整反馈电阻，使这个问题得以解决。

3）工作区域选择

当线路工作在非线性区域时，会产生大量的谐波分量，成为干扰源。因此应尽量使线路工作在线性区域。

4）逻辑电路选择

选择逻辑电路时，尽量避免使用TTL逻辑电路，而选用ECL高速逻辑电路和CMOS逻辑电路，因为TTL逻辑电路产生的干扰比ECL和CMOS逻辑电路要高20dB。

5）大功率、高损耗的元器件

大功率、高损耗的元器件本身可能成为很强的辐射源。因此不能忽视元器件的选用。⑴尽可能使用小功率、低损耗的元器件，以减小元器件本身产生的干扰；⑵元器件引线应尽可能短。⑶工作在开关上的大功率器件，会产生许多尖峰电流，因此必须加缓冲网络来抑制大功率器件产生的干扰。

另外，大功率、高损耗的元器件由于工作电流大，要注意连接大功率元器件的印制板走线，要尽量减小这些走线所形成的环面积，因为辐射干扰的大小与环面积成正比，减小了环面积就等于减小了这部分的辐射。

 2.印制板设计中应注意的问题

在进行印制板线路设计时，如果产品设计师只注重提高密度、减少占用空间、制作简单、布置均匀，而忽视线路布局和电磁兼容的影响，就会使大量信号辐射到空间形成干扰。印制电路板的电特性设计是否得当，直接影响到板极控制辐射干扰，如果印制电路板设计不当，将使载有小功率、高精度的快速逻辑电路、或连接到高阻抗终端的一些导线受到寄生阻抗或介质吸收的影响，使印制板电路发生问题。

 2.1印制板EMC设计的目的

1）PCB电路的发射；

2）PCB电路对外部干扰的敏感度；

3）PCB电路与设备中其它电路间的耦合；

4）PCB上电路间的耦合。

2.2印制板设计注意要点

1）从减小辐射干扰的角度出发，应尽量选用多层板。内层分别做电源层、接地层，电源层与地线要尽量靠近，时钟线、信号线和地线位置尽量靠近，以获得最小接地线路阻抗，抑制公共阻抗噪声。对信号形成均匀的接地面，加大信号线和接地面间的分布电容，抑制其向空间辐射的能力。

2）电源线、地线、印制板走线对高频信号应保持低阻抗，在频率很高的情况下，电源线、地线或印制板走线都会成为接收与发射干扰的小天线，降低这种干扰的方法除了加滤波电容的方法外，更值得重视的是减少电源线、地线、印制板走线本身的高频阻抗。因此，各种印制板走线要短而粗、线条要均匀。

3）为减少信号线与回线之间形成环路面积。电源线、地线、印制板导线的排列要恰当，尽量作到短而直。（由于辐射与IAF乘积成正比，其中I-环绕回路的电流；A-回路面积；F-辐射频率，因此减小辐射就取决于IAF中的面积。）

4） 当线路板上有不同功能电路时，不同类型电路（数字、模拟、电源）应分离，其接地也应分离。

5） 对于多层线路板，不同区域的地线面在边远处要满足20H法则（即地线面的边沿要比电源层或信号线层的边沿外延出20H，H是地线面与信号线层之间的高度）。

6） 2-W原则：当两条印制线间距比较小时,两线之间会发生电磁串扰,串扰会使有关电路功能失常。为避免发生这种骚扰,应保持任何线条间距不小于二倍的印制线条宽度,即不小于2W,W为印制线路的宽度。

7）不能有信号线穿过地线面上的裂缝。

8）I/O接口上使用独立的地线，为滤波和屏蔽层提供干净地。

9）I/O接口上的滤波器尽量靠近电缆进出口。

10）双层线路板设置用地线网格。

11）多层线路板将关键线路布在与地线面相邻的走线层。

12）高速时钟线尽量短，不要换层，拐角不要90度，尽量远离I/O端口。

13）芯片上安装的散热片要多点接到信号地上。

14）线路板上的局部屏蔽必须选择走线最少的界面，并对所有穿过屏蔽盒的走线滤波。

15）电源解耦电容与芯片电源引脚和地线引脚之间的引线尽量短。

16）电源解耦电容的容量尽量小。

17）地线面上不能有长缝。

18）I/O接口的驱动电路要靠近。

 3.设备内部走线

1）机箱中各种裸露走线要尽可能短。

2）传输不同电平信号的导线应分组捆扎，数字信号和模拟信号应分组捆扎，并保持适当的距离，以减少导线间的相互干扰。

3）对用来传递信号的扁平带状线，应采用地——信号——地——信号——地的排列方式，这样不仅可以有效抑制干扰，也可明显提高抗干扰能力。

4）将进线与回线绞合在一起，形成双绞线，这样，两线之间存在的干扰电流几乎大小相等，方向相反，其干扰场在空间可以相互抵消，因而减少了干扰。

5）对能确定的辐射干扰较大的导线加以屏蔽。

  6）有时交流电源线插座在后面板，而电源开关在前面板，电源走线很长，如没有屏蔽或采用双绞线，会导致机内走线接收工作信号，并通过电源线传导出来，所以应尽量减小电源线、直流线长度，最好加上磁环。

7）尽量不将性质不同的信号线安排在一个连接器或电缆中。

8）对于设备外部的电缆，确保屏蔽层与屏蔽机箱之间的地阻抗搭接。

 4.接地技术

4.1安全地

设备接地的一个主要目的是为了安全。对于图中的机箱，若机箱没有接地，当电源线与机箱之间的绝缘良好（阻抗很大）时，尽管机箱上的感应电压可能很高，人触及机箱时也不会发生危险，因为流过人体的电流很小。但是如果电源线与机箱之间的绝缘层损坏，使绝缘电阻降低，当人触及机箱时，则会导致较大的电流流过人体，造成人身伤害。最坏的情况是电源线与机箱之间短路，这时全部电流流过人体。

若机箱接地，当电源线与机箱短路时，会烧断保险或导致漏电保护动作。

当机箱上正确安装了电源滤波器时（滤波器的接地端与机箱连在一起），如果机箱不接地，则机箱上的电压为110V，若机箱内的电路地与机箱相连接，则电路的电位也是110V。这时，若这个机箱中的电路与其它接地的设备相连接（电位为0V），则需要注意两者之间的参考电位的问题，轻则造成信号传输质量下降，重则造成电路的器件损坏（如将另一电路接口上的共模滤波电容烧毁）。

接地还能为雷击电流提供一条泄放路径，当设施或设备中装有浪涌抑制器时，接地是必要的，否则无法泄放浪涌能量。这时，不仅要接地，而且还要“接好地”，也就是，接地的阻抗还必须很低。

对于许多静电敏感的场合，接地还是泄放电荷的主要手段。

 4.2信号地

电气设备从安全的角度考虑，接地是十分必要的。从电路工作的角度看，接地也是必要的。

传统定义：对从事电路设计的人员来说，电路接地是必然的。定义也在教科书中不知陈述多少遍：地线就是电路中的等电位参考点，它为系统中的所有电路提供一个电位基准。

事与愿违：上面关于地线的定义，更确切的说，是我们在设计电路时的假设或愿望。实际的地线上各点的电位是不相同的。这样，我们设计电路的假设（前提）就被破坏了，电路也就不能正常工作了。这就是地线造成的电磁干扰现象。

新定义：如上所述，传统定义仅给出了地线应该具有的等电位状态，并没有反映真实地线的情况。因此用这个定义无法分析实际的电磁兼容问题。新的定义将地线定义为信号流回源的低阻抗路径。这个定义突出了电流的流动。当电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降低，因此这个定义反映了实际地线上的电位情况。

 4.3导线的阻抗

如上所述，地线的干扰来自于地线的阻抗，电流流过地线阻抗而产生了地线电压。地线的阻抗由两部分构成，电阻部分和感抗部分。从表中可以看出，当频率升高时，导体的阻抗增加很大，这是因为频率高时，感抗增加的缘故（交流电阻也增加）。

导线的阻抗是很容易被忽视的问题，一般来说我们习惯地将金属导线视为零阻抗，而在出现问题时往往没考虑到是因为随着频率的升高，导线的阻抗增加很大。

4.4地线问题1 ——地环路

地环路干扰是一种常见的干扰现象,常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间。其产生的内在原因是地环路电流的存在。由于地环路干扰是由地环路电流导致的，因此

  在实践中会发现，当一个设备的安全接地线断开时，干扰现象消失，这是因为地线断开时，切断了地环路。这种现象往往发生在干扰频率较低的场合，当干扰频率高时，与地线是否断开关系不大。

●地环路干扰形成的原因1：两个设备的地电位不同，形成地电压，在这个地电压的驱动下，电路1-互连电缆-电路2-地之间形成的环路之间有电流流动。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成干扰。地线上的电压是由于其他功率较大的设备共用这段地线，而在地线中引起了较强的电流。并且与地线有较大的阻抗有关。

●地环路干扰形成的原因2：由于互连设备处在较强的磁场中，磁场在电路1-互连电缆-电路2-地之间形成的环路中感应出环路电流，与原因1的过程一样导致干扰。

解决地环路干扰的方法：解决地环路干扰的基本思路有两个：一个是减小地线的阻抗，从而减小干扰电压。另一个是增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。当阻抗无限大时，实际是将地环路切断，即消除了地环路。例如将一端的设备浮地或将线路板与机箱断开等是直接的方法。但出于静电防护或安全的考虑，这种直接的方法在实践中往往是不允许的，更实用的隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法。

 4.5地线问题2 ——公共阻抗耦合

当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时，就发生了公共阻抗耦合。我们在放大器中，级与级之间的一种耦合方式是“阻容”耦合方式，这就是一种利用公共阻抗进行信号耦合的应用。在这里上一级的输出与下一级的输入共用一个阻抗。

由于地线就是信号的回流线，因此当两个电路共用一段地线时，彼此也会相互影响。一个电路的地电位会受到另一个电路工作状态的影响，即一个电路的地电位受另一个电路的地电流的调制，另一个电路的信号就耦合进了前一个电路。

对于两个共用电源的电路也存在这个问题。解决的方法是对每个电路分别供电，或加解耦电路。

放大器级间公共地线耦合问题：图中的放大器前后级之间由于共用了一段地线，结果，后级放大器的信号耦合进了前级的输入端，如果满足一定的相位关系，就形成了正反馈，造成放大器自激。

解决方法：可以有两个方法，一个是改变电源的位置，使它靠近后级放大器（功率较大），这样，后级较大的地线电流就不会经过前级的地线了（将这个结构与后面的串联单点接地结构对比一下，加深理解）。另一个方法是后级放大器单独通过一根地线连接到电源，这实际是改成了并联单点接地结构。

说明：有一个概念要清楚，这就是放大器（或类似电路）的电源电流（经过地线）是放大器输出功率的源泉，放大器的实质是用小信号来对直流电源调制，得到功率较大的信号。因此，共用直流电源的路径上的公共阻抗都会造成耦合干扰。

 4.6接地方式

信号地通常分为单点接地，多点接地和混合接地等种类。

单点接地：所有电路的地线接到公共地线的同一点，进一步可分为串联单点接地和并联单点接地。

多点接地：所有电路的地线接到公共地线的不同点，一般电路就近接地。

混合接地：在地线系统内使用电感、电容连接，利用电感、电容器件在不同频率下有不同的阻抗的特性，使地线系统在不同的频率具有不同的接地结构。

交流电源电缆中的地线一般仅可用作安全地，不能用作信号地，两个电源接地点之间的电压通常有数百mV，小信号电路在这种条件下根本无法工作。

 4.6.1单点接地

 单点接地有两种形式，一种是串联单点接地，另一种是并联单点接地。串联单点接地中，许多电路之间有公共阻抗，因此相互之间由公共阻抗耦合产生的干扰十分严重。

串联单点接地的干扰：

A点的电位是：VA=(I1+I2+I3)R1

B点的电位是：VB=(I1+I2+I3)R1+(I2+I3)R2

C点的电位是：VC=(I1+I2+I3)R1+(I2+I3)R2+I3R3

从公式中可以看出，A、B、C各点的电位是受电路工作电流影响的，随各电路的地线电流而变化。尤其是C点的电位，十分不稳定。

这种接地方式虽然有很大的问题，却是实际中最常见的，因为它十分简单。但在大功率和小功率电路混合的系统中，切忌使用，因为大功率电路中的地线电流会影响小功率电路的正常工作。另外，最敏感的电路要放在Ａ点，这点电位是最稳定的。从前面讨论的放大器情况知道，功率输出级要放在Ａ点，前置放大器放在Ｂ、Ｃ点。

解决这个问题的方法是并联单点接地。但是并联单点接地需要较多的导线，实践中可以采用串联、并联混合接地。

串联单点接地结构由于简单而受到设计人员的青睐，但它所带来的公共阻抗耦合干扰问题又经常让人头疼。并联单点接地结构能够彻底消除电路之间的影响，但是接地复杂，并且导线过长会引起接地阻抗较大。

●一个折衷的方法：将电路按照特性分组，相互之间不易发生干扰的电路放在同一组，相互之间容易发生干扰的电路放在不同的组。每个组内采用串联单点接地，获得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，避免相互之间干扰。

这个方法的关键：绝不要使功率相差很大的电路或电平相差很大的电路共用一段地线。

4.6.2多点接地

为了减小地线电感，在高频电路和数字电路中经常使用多点接地。在多点接地系统中，每个电路就近接到低阻抗的地线面上，如机箱。电路的接地线要尽量短，以减小电感。在频率很高的系统中，通常接地线要控制在几毫米的范围内。

如前所述，多点接地时容易产生地环路问题。在低频的场合，通过单点接地可以解决这个问题。但在高频时，只能通过减小地线阻抗（减小地环路）来解决。由于趋肤效应，电流仅在导体表面流动，因此增加导体的厚度并不能减小导体的电阻。在导体表面镀银能够降低导体的电阻。

通常1MHz以下时，可以用单点接地；10MHz以上时，可以用多点接地，在1MHz和10MHz之间时，如果最长的接地线不超过波长的1/20，可以用单点接地，否则用多点接地。

4.6.3混合接地

混合接地系统在不同的频率呈现不同的接地结构。

如图：上图低频时单点接地，高频时多点接地系统。这种接地系统用在要抗高频干扰的传输低频信号的屏蔽电缆上，由于传输低频信号，需要单点接地，而在高频时，电缆是多点接地。下图所示的接地系统是低频时多点接地，而高频时单点接地。这种接地系统主要用在出于安全考虑，多个机箱需要接到安全地上，并希望电路单点接地的场合。

 4.7屏蔽电缆的接地

屏蔽电缆的应用是十分广泛的。但是真正取得满意效果的却很少。特别是关于电缆屏蔽层的接地问题，似乎是一个十分混乱的问题。

静电场的场合：当没有屏蔽电缆时，外界电场在信号导体直接感应出噪声电压，使电路受到影响。为此，须对电缆屏蔽。但是，如果电缆屏蔽层没有接地，外界电场在屏蔽层上感应出电压，这个电压再次感应到信号导体上，同样产生干扰。如果将屏蔽层接地，则屏蔽层上的电压为“０”，不会对信号导体产生干扰。

 磁场的场合：当没有屏蔽电缆时，外界磁场在信号与地线构成的回路中产生感应电流，形成干扰。增加屏蔽层后，如果屏蔽层不接地或者单端接地，磁场干扰的情况没有改变，也就是说屏蔽层没有效果。当将屏蔽层两端接地时，外界磁场在原来信号与地线构成的回路中产生感应电流的同时，也在屏蔽层与地线构成的回路中产生感应电流ＩＳ，ＩＳ也会在导体中感应出电流，但是这个电流与磁场在信号导体中感应的噪声电流方向是相反的。

结果：抵消了磁场在信号导体上产生的噪声电流，起到屏蔽作用，

高频电磁场的场合：对于高频电磁场，屏蔽电缆与屏蔽机箱要３６０°搭接。电缆屏蔽层与屏蔽机箱构成一个完全屏蔽体，将电路整个屏蔽起来。

4.8实际屏蔽电缆的接地分析

在实际工作中，我们往往是对现场是以静电场为主还是以磁场、高频电磁场为主的场合不是很清楚。通常各种成分都有。又由于条件所限，经常见到的情况是没有使用能将屏蔽层３６０°搭接的屏蔽连接器，只能将屏蔽层扭成小辫接到连接器或机箱上，还有屏蔽层质量原因、接地阻抗较大等原因。一般来说，出现接地问题最多的是高频电磁场为主的场合。

面对各种非理想状态，许多工程技术人员摸索出许多接地方式。但是换一个环境或换一种设备，原先的接地方式又产生问题。这就是电缆屏蔽层的接地问题思想混乱的原因。

●电缆屏蔽层引入的噪声电压：

当屏蔽层的两端地电位不同或外界有磁场时，会在屏蔽层上产生电流ＩＳ，这时，信号回路的电压方程为：

ＶＩＮ＝ＶＯＵＴ－ｊωＭＩＳ＋ｊωＬＳＩＳ＋ＲＳＩＳ

由于：Ｍ＝ＬＳ，（假设屏蔽层上的电流均匀分布，则从自电感的定义：Ｌ＝φ/Ｉ，和互电感的定义：M=φ/Ｉ，容易证明），则回路电压方程为：

ＶＩＮ＝ＶＯＵＴ＋ＲＳＩＳ

从式中可以看出，在电路的输入端引入了噪声电压ＲＳＩＳ。

为了避免这种噪声：

●电缆的屏蔽层不要作为信号的回流线（信号地线）；

●电缆的屏蔽层要单点接地。

说明：

ＩＳ的主要来源之一是工频电压，不同的接地点之间往往有较大的电位差，会产生较大的电流，有时甚至会导致电缆屏蔽层过热，造成电缆损坏。这是在进行工程施工中需要注意的问题。解决的方法是铺设一块电阻很低的金属板（可以用缠带、箔带）作为公共地线，减小电位差。

 ●电缆屏蔽层接地的位置：

1）源浮地、输入电路接地的场合：电缆屏蔽层接到放大器的公共输入端，即使公共端没有在接地点，也没有关系。

2）源接地、输入电路浮地的场合：电缆屏蔽层接到源的公共输出端，即使公共端没有在接地点，也没有关系。

3）源和输入电路都接地的场合：电缆屏蔽层两端接地。这时，屏蔽层的效果大打折扣。对于同轴电缆，会发生前面所述的地环路电流在屏蔽层上产生电压降低，在电路输入端产生噪声电压的情况。对于双绞线，屏蔽层上的地环路电流会通过屏蔽层与双绞线之间的互感在双绞线上感应出噪声电流，由于双绞线的不平衡性，在放大器的输入端产生噪声电压。

●说明：当源和输入电路都接地时，会在信号线与地构成的回路中产生地环路电流，产生前面所述的地环路干扰问题。将屏蔽层两端接地后，屏蔽层可以分流一部分地环路电流，使信号线上的地环路电流减小。

●单点接地仅在低频时有效：这里给出的屏蔽电缆单点接地结构实际上只在频率较

 低时成立，当频率较高时，由于寄生电容的存在，已经不再是单点接地。另外，当频率较高时，单点接地已经不能保证屏蔽层上的各点电位为零了，失去了接地的作用。这时，需要多点接地，接地间隔小于λ/20。

●解决多点接地与地环路的矛盾：要对高频干扰有屏蔽作用，需要电缆多点接地，多点接地时又会有地环路问题，解决这个问题常用的方法是屏蔽层仅在一点直接接地，其它点通过电容接地。这样，对于高频信号，是一个多点接地系统，而对于低频信号是单点接地系统。这就是前面介绍的混合接地。

 5.屏蔽技术

5.1基本概念

１）远场与近场

近场区：到辐射源的距离小于λ/２π米的区域。

远场区：到辐射源的距离大于λ/２π米的区域。

２）波阻抗ＺＷ＝Ｅ/Ｈ

近场波阻抗：分为电场波阻抗和磁场波阻抗。

远场波阻抗：真空中为３７７Ω

 5.2电磁场近场概念与场域划分

静态场中是没有近场与远场之分的，这时有场源就有场。静场电荷周围的电场随场源距离的增大呈平方反比关系衰减；而稳定电流周围的磁场，则随距场源距离的增大，按立方比关系衰减。当场由静态过渡到时变场时，上述这种在电荷、电流周围所产生的场依然存在，然而此时已出现了随时间变化的特点，这种场称为感应场。此外还出现一种新的电磁成分，称为辐射场。它是脱离电荷、电流并以波的形式向外传播的场，它一旦从场源辐射出去后，就按自己的规律运动。与场源以后的状态没有关系。感应场与距离的平方成反比例关系衰减，而辐射场仅与距离成反比例关系衰减。

干扰主要通过空间辐射和导线传导方式从干扰源传输到受感器。当两者间距离与波长比较较大（＞λ／２π）时，干扰以电磁波的形式传播，这就需要研究干扰电波的传播特性；当两者间的距离与波长相比较小（＜λ／２π）时，干扰的传输可看成是近场感应。即电场（电容）耦合或磁场（电感）耦合。主要讨论线与线、机壳与机壳、场与导线等之间的耦合问题。

 5.3屏蔽途径

屏蔽主要用于切断通过空间辐射的干扰传输途径。根据其性质可分为：Ａ．电场屏蔽，Ｂ．磁场屏蔽，Ｃ．电磁屏蔽。在工程上，一个实际的屏蔽体既有电场屏蔽又有电磁屏蔽和磁场屏蔽。

１）电场屏蔽的设计要点

①屏蔽体必须良好接地，最好是屏蔽体直接接地；

②正确选择接地点，即屏蔽体的接地点应靠近被屏蔽的低电平元件的入地点；

③合理设计屏蔽体的形状，盒形的比板状的好，全封闭的比有孔、缝的好；

④屏蔽体应选用良导体。

２）低频磁场是最难屏蔽的一种电磁波。这是由于其自身特性所决定的。首先，“低频”意味着趋肤深度很深，这决定了反射损耗也很小；“磁场”意味着电波的波阻抗很低，这决定了反射损耗也很小。由于屏蔽材料的屏蔽效能是由吸收损耗和反射损耗两部分构成的，当这两部分都很小时，总的屏蔽效能也很低。另外，对于磁场多次反射造成的泄漏也是不能忽略的。

改善低频磁场屏蔽效能的方法：

使用导磁率较高的材料，以增加吸收损耗。但是，导磁率高的材料通常导电性不是很 好，这会降低反射损耗。对于磁场而言，反射损耗已经很小，主要是靠吸收损耗，吸收损耗的增加往往比反射损耗的减小幅度大，因此还是能够改善屏蔽效能的。但需要注意的是，对于电场的场合，由于反射损耗是主要的，当将屏蔽材料换成导磁率高的材料时，损失的反射损耗要大于获得的吸收损耗，使屏蔽效能降低。

对于频率极低（如直流或５０Ｈｚ）的磁场，用高导磁率材料作屏蔽时，除了吸收损耗外，其旁路作用也是十分重要的，高导磁率材料构成的屏蔽体为磁场提供了一条低磁阻的通路，使磁场绕过敏感器件。用电路模型来等效磁路，做一个并联电路图，图中并联的两个电阻分别代表屏蔽材料的磁阻和屏蔽体中空气的磁阻。用计算并联电路的方法可以得到如下关系式：

H1=H0RS/(RS+R0)

式中：H1是屏蔽体中心处的磁场强度，H0是屏蔽体外部的磁场强度，RS是屏蔽体的磁阻，R0是空气的磁阻。

故可知，屏蔽体的磁阻越小，屏蔽效能越高。为了减小屏蔽体的磁阻，应该使屏蔽体尽量小，这样可以使磁路尽量短，从而达到减小磁阻的目的，增加磁路的截面积，使用导磁率尽量高的材料。

改进的方法：为了能同时对电场和磁场有效的屏蔽，希望既能增加吸收损耗，又不损失反射损耗，可以在高导磁率材料的表面增加一层高导电率材料，增加电场波在屏蔽材料与空气界面上的反射损耗。

其它：增加屏蔽材料的厚度同样可以增加吸收损耗，但这受到重量和体积的限制；另外，增加屏蔽材料与辐射源之间的距离可以增加反射损耗，但这也受到空间的限制。

３）电磁屏蔽与电场、磁场屏蔽不同。电磁屏蔽是用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施，电磁场在通过金属或对电磁场有衰减作用的阻挡层时，会受到一定程度的衰减，即产生屏蔽作用。其机理是电磁波在穿过屏蔽体时能量有了损耗，这种损耗可以分为两部分：反射损耗和吸收损耗。反射损耗是当电磁波入射到不同媒质的分界面时，就会发生反射，使穿过界面的电磁能量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗。吸收损耗是电磁波在屏蔽材料中传播时，会有一部分能量转换成热量，导致电磁能量损失，损失的这部分能量称为屏蔽材料的吸收损耗。

 5.4屏蔽效能

屏蔽体的有效性用屏蔽效能（ＳＥ）来度量。定义如下：

SE=20lg(E0/E1)（电场）

SE=20lg(H0/H1)（磁场）

式中Ｅ０、Ｈ０是没有屏蔽时测得的电场强度、磁场强度，Ｅ１、Ｈ１是屏蔽后测得的电场强度、磁场强度。屏蔽效能的单位是分贝（ｄＢ）。

屏蔽效能与衰减量的关系：

5.4.1分贝（dB）的概念：

分贝的定义：分贝是两个功率的比值的对数，具体形式如下：

分贝数=10lg(P2/P1) ｄＢ

式中：Ｐ１、Ｐ２是两个功率数值，分贝可以用来表示功率增益(P2>P1)或功率损耗(P2。

  使用分贝数的好处是，用较小的坐标可以描述很宽的范围。由于在ＥＭＣ中，干扰的幅度范围和频率范围都很宽，因此用分贝描述更加方便。

5.4.2dB在实际工程中的应用

例如，一个设备在进行辐射发射试验时发现在某个频率上有超标发射。经过分析，认为有五个地方可能是泄漏源。于是设计人员开始判断问题所在，并试图解决。首先对其中的一个可能的泄漏源进行技术处理，消除泄漏。结果发现超标辐射并没有明显改善。因此他认为这个地方不是重要的电磁泄漏点，于是将所采取的技术措施去掉，然后对另一个可能的问题点采取措施，结果仍然不是主要泄漏点，于是去掉所采取的措施，如此反复，往往工作很长时间也没有解决问题。

这是由于他对分贝的概念没有理解。假设五个可能的泄漏源的泄漏强度是相同的。则将１~５个泄漏源去掉后，辐射改善为：

去掉一个泄漏源：辐射改善=20lg[1/(4/5)]=1.9 dB

去掉两个泄漏源：辐射改善=20lg[1/(3/5)]=4.4 dB

去掉三个泄漏源：辐射改善=20lg[1/(2/5)]=7.9 dB

去掉四个泄漏源：辐射改善=20lg[1/(1/5)]=13.9 dB

去掉五个泄漏源：辐射改善=20lg[1/(0/5)]=∝ dB

当然，去掉五个干扰源时，辐射改善不可能是无限大，因为任何技术措施不可能将泄漏完全消除，但改善往往是相当大的。

但这并不说明第五个泄漏源是主要的泄漏源，只是说明是最后一个泄漏源。正确的诊断方法是处理完的泄漏源，即使改善不明显，也不能拆除，保留着，继续对其它可疑点进行处理。

 5.5屏蔽设计的关键

 对于电磁波大，部分金属材料可以提供１００ｄＢ以上的屏蔽效能。但在实际工程中，要达到８０ｄＢ以上的屏蔽效能是十分困难的。因为屏蔽体的屏蔽效能不仅取决于构成屏蔽体的材料，而且取决于屏蔽体的结构。屏蔽体要满足电磁屏蔽的两个基本原则：

1）屏蔽体的导电连续性：指的是整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体。这一点实现起来十分困难。因为一个完全封闭的屏蔽体是没有任何实用价值的。一个机箱上会有很多如显示窗、通风口、不同部分结合的缝隙等。由于这些导致导电不连续的因素存在，屏蔽体的屏蔽效能往往很低，甚至没有屏蔽效能。

2）不能有直接穿过屏蔽体的导体：一个屏蔽效能再高的屏蔽机箱，一旦有导线直接穿过屏蔽机箱，其屏蔽效能就会损失99.9%（60dB）以上。但是，实际机箱上总是会有电缆穿出、穿入，至少会有一条电源电缆存在，如果没有对这些电缆进行妥善的处理（屏蔽和滤波），这些电缆会极大的损坏屏蔽体。妥善处理这些电缆是屏蔽设计中的重要内容之一。（穿过屏蔽体的导体的危害有时比孔缝的危害更大）。

电磁屏蔽与接地无关：对于静电场屏蔽，屏蔽体是必须接地的。但是对于电磁屏蔽，屏蔽体的屏蔽效能与屏蔽体接地与否无关，这是设计人员必须明确的。在很多场合，将屏蔽体接地确实改变了电磁状态，但这是由于其它一些原因，而不是由于接地导致屏蔽体的屏蔽效能发生改变。

 5.6实际屏蔽体的问题

一个实际的电磁屏蔽体上有许多导致导电不连续的因素，如通风口、显示窗口、操作器件、不同部分的结合处、穿出屏蔽体的各种电缆等。正是这些因素的存在，使实际的屏蔽体的屏蔽效能很难达到预期的程度。也正是这些因素使屏蔽体的设计成为一个较难的问题。

在进行电磁屏蔽设计时，要妥善解决这些开口/和贯通导体造成的屏蔽性能下降问题。

 5.7屏蔽措施

  5.7.1缝隙的处理

一般情况下，屏蔽机箱上不同部分的结合处不可能完全接触，只能在某些点接触上，这构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一。在实际工程中，常常用缝隙的阻抗来衡量缝隙的屏蔽效能。缝隙的阻抗越小，则电磁泄漏越小，屏蔽效能越高。

缝隙处的阻抗：缝隙的阻抗可以用电阻和电容并联来等效，因为接触上的点相当于一个电阻，没有接触的点相当于一个电容，整个缝隙就是许多电阻和电容的并联。低频时，电阻分量起主要作用；高频时，电容分量起主要作用。由于电容的容抗随着频率的升高而降低，因此如果缝隙是主要泄漏源，则屏蔽机箱的屏蔽效能有时随着频率的升高而增加。但是，如果缝隙的尺寸较大，高频泄漏也是缝隙泄漏的主要现象。

 影响电阻成分的因素：影响缝隙上电阻成分的因素主要有：接触面积（接触点数）、接触面的材料（一般较软的材料接触电阻较小）、接触面的清洁程度、接触面上的压力（压力要足以使接触点穿透金属表层氧化层）、氧化腐蚀等。影响电容成分的因素：根据电容器的原理，很容易知道：两个表面之间的距离越近，相对的面积越大，则电容越大。

解决缝隙泄漏的措施：

１）增加接触面的重合面积，可以减小电阻、增加电容；

2） 使用尽量多的紧固螺钉，也可以减小电阻、增加电容；

3） 保持接触面清洁，可以减小接触电阻；

4）保持接触面较好的平整度，可以减小电阻、增加电容；

5）使用电磁密封衬垫，能够消除缝隙上的不接触点。

5.7.2通风口的处理

孔洞的电磁泄漏与孔洞的最大尺寸有关，因此在屏蔽机箱的通风设计上，往往采用与一个大孔相同开口面积的多个小孔构成的孔阵代替一个大孔。

通风口的处理方法一般为下面四种：

1）孔阵金属板：在金属板上或机箱上打出通风孔阵而制成。优点是成本低，不占用安装空间。缺点是风阻大，高频屏效低。

2）屏蔽通风网：将屏蔽网加框制成通风板或直接将屏蔽网压装到通风口处。其优点是通风量大，缺点是高频性能差，对500MHz以上的电磁波几乎没有屏蔽作用。

3）波导通风窗：是利用金属管对电磁波具有高频容易通过，低频衰减较大的特性，与电路中的高通滤波器十分相像。与滤波器类似，波道管的频率特性也可以用截止频率来描述。其优点是通风量大，屏蔽效能高，整体的刚性好，缺点是成本较高。常用的波导管有矩形、圆形、正六边形，其中正六边形蜂窝状的波导管通风窗因有其独道的优点，最为常用。

4）防尘屏蔽通风窗：经特殊工艺制作，由发泡金属与表面镀镍等高导电、高导磁材料构成。其优点是屏蔽效能高，通风量大，防尘性、抗电化学腐蚀性好，缺点是成本较高。

●截止波导管

如果波导管选择适当的开口尺寸，会使干扰频率处于波导管的截止区，这个波导管就称为截止波导管。截止波导管对低于截止频率以下的电磁波衰减很大。利用这个特性就可以实现电磁屏蔽和保持物理连通的双重作用。

截止频率：ｆｃ＝×１０９Ｈｚ

屏蔽效能：ＳＥ＝２０ｌｇ＋２７．３－２０ｌｇＮｄＢ

式中，Ｗ为六角形蜂窝的外接圆直径（ｃｍ），Ｌ为波导管的长度即通风窗的厚度（ｃｍ），Ｎ为通风窗上总的波导管个数（孔数）。

当干扰的频率远低于波导管的截止频率时，若波导管的长度增加一个截面最大尺寸，则损耗增加将近３０分贝。

  ●使用截止波导管中需要注意的问题：

绝对不能使导体穿过截止波导管，否则会造成严重的电磁泄漏，这是一个常见的错误。另外，一定要确保波导管相对于要屏蔽的频率处于截止状态。

5.7.3显示窗的处理

很小的发光器件，如发光二极管，只需要在面板上开很小的小孔，一般不会造成什么问题。如果有问题，可以在小孔上栽一只截止波导管，用一个导光柱，也可以使用两个馈通式滤波器，将发光器件直接安装在屏蔽箱外。对于面积较大的发光器件，如液晶显示板，可以采用以下两种方法。

 ●两种方法：显示窗可以采用两种方法来防止电磁泄漏。一种是在显示窗前面使用透明屏蔽材料，另一种是用隔离舱将显示器件与设备的其它电路隔离开，使内部电路辐射的能量不会穿出机箱，外部的干扰不会侵入到内部电路。

●透明屏蔽材料：有两种，一种是金属网夹在两层玻璃之间构成的，另一种是在玻璃或透明塑料膜上镀上一层很薄的导电层构成的。前一种材料的优点是屏蔽效能较高，缺点是由于莫尔条纹造成的视觉不适。后一种材料则正好相反。

●两种方法的特点和适用场合：用透明屏蔽材料屏蔽的方法最大的优点是简单，缺点是视觉效果差、设备内部有磁场辐射源或磁场敏感电路时不适合（透明屏蔽材料对磁场的屏蔽效能很低甚至没有），成本较高；适合于显示器件本身产生辐射或对外界干扰敏感的场合。隔离窗的方法最大优点是显示器件的视觉效果几乎不受影响、对磁场有较高的屏蔽效能，缺点是如果显示器件本身产生的辐射会对外界干扰敏感，则没有效果；适合于器件本身不产生干扰或对外界电磁干扰敏感的场合。如果显示器件会产生辐射，并且机箱内有磁场辐射源，可以将两种方法结合起来。

●透明屏蔽材料安装注意事项：首先，透明屏蔽材料与屏蔽体基体之间必须实现良好搭接，减小缝隙的泄漏。使用导电涂覆层屏蔽材料时，导电层不能直接暴露在外面，防止擦伤。使用金属丝网夹层的屏蔽材料时，如果出现条纹导致视觉不适，可以将金属网旋转一定角度（10~30°），会有所改善。

5.7.4操作器件的处理

●两种方法：一种方法是在面板上直接开口，与常规方式一样安装操作器件，另一种方法是设置隔离舱，将设备中的主电路与操作器件（设备外部）隔离开。

●两种方法的比较：直接安装的方法最大优点是简单，但会导致一定程度的电磁泄漏，这有两个原因，一个是开口的尺寸较大，导致机箱内电路产生的高频信号泄漏；另一个原因是由于操作器件距离小孔很近，有些甚至伸出小孔，操作器件上携带的电磁干扰从小孔泄漏。因此，直接安装的方法仅适合对屏蔽效能要求较低，或者需要孔洞尺寸较小的场合。隔离舱安装的方法可避免这些缺点。但是需要增加成本，包括隔离舱的成本、电磁密封衬垫的成本、滤波器的成本。

●直接安装法的改进：如果直接将操作器件安装在面板上会导致超标的泄漏，可以用一个调节杆间接地对操作器件进行控制。这样，一来可以减小开口的尺寸，二来可以使操作器件远离开口，减小开口的泄漏。如果开一个小口还是不能满足屏蔽的要求，可以在开口上安装一个截止波导管。无论用那种方法，都要注意，穿过小孔或截止波导管的杆不能是金属杆。

●金属杆的处理：如果使用了金属杆穿过小孔或波导管（没有可能换成非金属杆），可用铍铜簧片将金属杆的一周与屏蔽体搭接起来。

●隔离舱：这种方法与显示器件的隔离舱处理方法相似。使用上的注意事项也是相同的。这种方法同样要求操作器件本身必须是无辐射或不敏感的。

5.7.5贯通导体的处理

  穿过屏蔽体的导体对屏蔽体的破坏是十分严重的。现简单介绍一下穿出屏蔽体电缆的两种处理方法：

１）将导线屏蔽起来，这相当于将屏蔽体延伸到导线端部。

２）对导线进行滤波处理，滤除导线上的高频成份。

屏蔽处理：在电缆端口上安装低通滤波器，可以有效的滤除电缆上的干扰，保持屏蔽体的完整性。但是，前提是电缆上传输的信号频率与要保护的干扰频率相差较远。采用滤波的方法时，滤波器的截止频率十分重要，不能影响正常信号的传输。同时滤波器的安装方法对效果的影响也很大，在后面一节要专门讨论。

 5.8电磁密封衬垫

5.8.1电磁密封衬垫的安装方法

安装电磁密封衬垫时应注意以下几点：

１）尽量采用槽安装：槽的作用是固定衬垫和限制过量压缩。其具有最高的屏蔽效能。

２）槽的形状和尺寸：槽的形状有直槽和燕尾槽。槽的高度一般为衬垫高度的７５％左右。

３）法兰安装：要设置限位机构，这样在安装时不会发生过量压缩而导致衬垫永久性损坏。

４）衬垫的固定：应用非导电胶固定，在紧固螺钉的地方滴一小滴。

５）防止电化学腐蚀：在接触外部环境的一侧用非导电物质密封，防止电解液进入到导电衬垫与屏蔽体接触的结合面上。

６）滑动接触；只有指型簧片允许滑动接触。

７）螺钉的位置和间距：一般螺钉安装在衬垫外侧，间距适当。

5.8.2磁密封衬垫的原理

电磁密封衬垫是一种表面导电的弹性物质。将电磁密封衬垫安装在两块金属的结合处，可以将缝隙填充满，从而消除导电不连续点，使用了电磁密封衬垫后，缝隙中就没有较大的孔洞了，从而可以减小高频电磁波的泄漏。使用电磁密封衬垫的好处如—下：

1）降低对加工的要求，允许接触面的平整度较低；

2）减少结合处的紧固螺钉，增加美观性和可维修性；

3） 缝隙处不会产生高频泄漏。

虽然在许多场合电磁密封衬垫都能够极大地改善缝隙泄漏，但是如果两块金属之间的接触面是机械加工（例如铣床加工），且紧固螺钉的间距小于3厘米，则使用电磁密封后屏蔽效能不会有所改善，因为这种结构的接触阻抗已经很低了。

从电磁密封衬垫的工作原理可以知道，使用了电磁密封衬垫的缝隙的电磁泄漏主要由衬垫材料的导电性和接触表面的接触电阻决定。因此，使用电磁密封衬垫的关键是：

1）选用导电性好的衬垫材料

2）保持接触面的清洁

3） 对衬垫施加足够的压力(以保证足够小的接触电阻)

4） 衬垫的厚度要足以填充最大的缝隙

5.8.3电磁密封衬垫的选用

任何同时具有导电性和弹性的材料都可以作为电磁密封衬垫使用。因此，市场上可以见到很多种类的电磁密封衬垫。这些电磁密封衬垫各有特色，适用于不同的应用场合。设计者要熟悉各种电磁密封衬垫的特点，在设计中灵活选用，达到产品性能要求、可靠性要求、降低产品成本的要求。选择电磁密封衬垫时需要考虑几个主要因素：屏蔽效能、环境适应性、便于安装性、电器稳定性。

  屏蔽效能：根据需要抑制的干扰频谱，确定整体屏蔽效能，电磁密封衬垫要满足整体屏蔽的要求。不同种类的衬垫，在不同频率的屏蔽效能是不同的。

使用环境：电磁密封衬垫之所以有这么多种类的一个主要原因是要满足不同环境的要求，使用环境对衬垫的性能和寿命有很大影响。

结构要求：衬垫的主要作用是减小缝隙的泄漏，缝隙的结构设计对衬垫的效果有很大的影响。在进行结构设计时，需要考虑压缩变形：电磁密封衬垫只有受到一定压力时才能起作用。在压力的作用下，衬垫发生形变，形变量与衬垫上所受的压力成正比。

压缩永久形变：当衬垫长时间受到压力时，即使压力去掉，它也不能完全恢复原来的形状，这就是压缩永久形变。当衬垫频繁被压缩、放开（例如门和活动面板），过量压缩，产品质量差（弹性不好），衬垫就会失效。

电气稳定性：电磁密封衬垫是通过在金属之间提供低阻抗的导电通路来实现屏蔽目的的，因此，其电气稳定性对于保持屏蔽体的屏蔽效能是十分重要的。

安装成本：电磁密封衬垫的安装方法是决定屏蔽成本的一个主要因素。衬垫的成本包括衬垫本身的成本、安装工时成本、加工成本等。在考虑衬垫成本时，要综合考虑这些因素。

 5.8.4常用电磁密封衬垫的比较

金属丝网衬垫：这是一种最常用的电磁密封材料。从结构上分，有全金属丝、空心和橡胶芯等三种。常用的金属丝材料为：蒙乃尔合金、铍铜、镀锡钢丝等。其屏蔽性能为：低频时的屏蔽效能较高，高频时屏蔽效能较低。一般用在１ＧＨｚ以下的场合。主要优点／缺点：价格低，过量压缩时不易损坏／高频屏蔽效能较低。

导电橡胶：通常用在有环境密封要求的场合。从结构上分，有条材和板材两种，条形材又分为空心和实心两种。板材则有不同的厚度。材料为：硅橡胶中掺入铜粉、铝粉、银粉、镀银铜粉、镀银铝粉、镀银玻璃粉等。其屏蔽性能为：低频时的屏蔽效能较低，而高频时屏蔽效能较高。主要优点／缺点；同时提供电磁密封和环境密封／较硬，价格高，由于表面较软，有时不能刺透金属表面的氧化层，导致屏蔽效能很低。

指形簧片：通常用在接触面滑动接触的场合。形状繁多，材料为铍铜，表面可做不同的涂覆。屏蔽效能为：高频、低频时的屏蔽效能都较高。主要优点／缺点：形变量大、屏蔽效能高、允许滑动接触（这便于拆卸）/价格高。

 5.8.5使用电磁密封衬垫的注意事项

电磁密封衬垫的使用方法对屏蔽体的屏蔽效能影响很大。在使用时，要注意以下几点：

1）所有种类的电磁密封衬垫中，只有指形簧片允许滑动接触，其它种类的衬垫绝不允许滑动接触，否则会造成衬垫的损坏。

2）所有种类的衬垫材料受到过量压缩都会发生不可恢复的损坏，因此在使用时要设置结构，保证一定的压缩量。

3）除了导电橡胶衬垫以外，当衬垫与屏蔽体基体之间的电气接触良好时，衬垫的屏蔽效能与压缩量没有正比关系，增加压缩量并不能提高屏蔽效能。只有导电橡胶的屏蔽效能则会随着压缩量的增加而增加，这与导电橡胶中的导电颗粒密度加大有关。

４）使用衬垫接触的金属板要有足够的钢度，否则在衬垫的弹力作用下会发生变形，产生新的不连续点，导致射频泄漏。对于正面压缩的结构，适当的紧固螺钉间距可以防止面板变形。

５）尺寸允许时，尽量使用较厚的衬垫，这样可以允许金属结构件具有更大的加工误差，从而降低加工成本。另外，较厚的衬垫一般较柔软一些，对金属板的钢性要求较小（从而避免了由于结构件钢性不够导致变形而造成的射频泄漏）。

６）衬垫材料要安装在不易被损坏的位置。例如，对于大型的屏蔽门，衬垫应安装在门框内，并提供一定的保护；对于可拆卸的面板，最好将衬垫安装在活动面板上，这样当拆

 下面板时，便于存放。

７）安装衬垫的金属表面一定要清洁、导电，以保证可靠的导电性。

８）尽量采用槽安装方式，槽的作用是固定衬垫和限制过量压缩。使用槽安装方式时，屏蔽体的两部分之间接触不仅通过衬垫实现完全接触，而且还有金属之间的直接接触，因此，具有最高的屏蔽效能。

９）安装槽的形状有直槽和燕尾槽两种，直槽加工简单，但衬垫容易掉出。燕尾槽则没有这个问题。槽的高度为衬垫高度的７５%左右（具体尺寸参考衬垫厂家要求的压缩量），宽度要保证有足够的空间允许衬垫受到压缩时伸展。衬垫安装在直槽内时，衬垫需要固定。一般设计资料上建议用导电胶粘接，但这样有两个缺点：一个是会增加成本，另一个是导电胶会发生老化而导致屏蔽效能下降。这里建议用非导电胶，在紧固螺钉穿过的地方滴一小滴。这样，粘胶的地方虽然不导电，但是金属螺钉起到了导电接触的作用，并且屏蔽效能比较稳定。

１０）安装簧片时，要注意簧片的方向，使滑动所施加的压缩力能够使簧片自由伸展。一般情况下簧片可以靠背胶粘接，较恶劣的环境下（温度过高或过低，机械力过大等），可用卡装、铆装、槽安装等结构。

11）根据屏蔽体的基体材料选择适当的衬垫材料，使接触面达到电化学兼容状态，有关设计可以参考后面给出的资料。如果空间允许，在安装衬垫的缝隙处同时使用环境密封衬垫，并且使环境密封衬垫面对外部环境，防止电解液进入到导电衬垫与屏蔽体接触的结合面上。

12）在选择螺钉的位置时，一般情况下，螺钉安装在衬垫内侧或外侧并不是十分重要，但是在屏蔽要求很高的场合，螺钉要安装在衬垫的外侧，防止螺钉穿透屏蔽箱，造成额外的泄漏。

 6.滤波技术

即使对一个经过很好设计并且具有正确的屏蔽、接地措施的产品，仍然会有传导干扰发射或传导干扰进入产品。当传导发射（CE）不合格时，由于天线效应，设备的辐射发射（RE）也可能不合格。为了满足EMC标准规定的CE和CS（传导敏感度）极限值要求，使用EMI滤波器是一种好方法。通常要采用某种形式的滤波以降低电源线及信号线的发射，滤波器衰减决定于源及负载阻抗。即若滤波器与源、负载阻抗不匹配，将会产生最小的传输信号（EMI）功率。另外还要考虑电磁干扰是共模还是差模。共模是指两导体上的对地参考噪声电压，差模是指一个导体相对另一个导体的电压，一般情况下两种电磁干扰都需要衰减。

 6.1滤波器的作用

在电磁屏蔽技术中我们已经知道，任何直接穿透屏蔽体的导线都会造成屏蔽体的失效。在实际中，很多出现屏蔽问题的机箱（机柜）就是由于有导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容试验失败，这是缺乏电磁兼容经验的设计师感到困惑的典型问题之一。

解决这个问题的有效方法之一是在电缆的端口处使用滤波器，滤除电缆上不必要的频率成份，即可以减小电缆产生的电磁辐射，也可以防止电缆上感应到的环境噪声传进设备内部。

概括得说：滤波器的作用是仅允许工作必须的信号频率通过，而对工作不必要的信号频率有很大的衰减作用，这样就使产生干扰的机会减小为最少。从电磁兼容的角度考虑，电源线也是一个穿过机箱的导体，它对设备电磁兼容性的影响与信号线是相同的。因此电源线上必须安装滤波器。特别是近年来开关电源广泛应用，开关电源的特征除了体积小、效率高、稳压范围宽外，强烈的电磁干扰发射也是一大特征，电源线上如果不安装滤波器，就没有可能满足电磁兼容的要求。

安装在电源线上的滤波器称为电源线干扰滤波器，安装在信号线上的滤波器称为信号

  线干扰滤波器。之所以这样划分，主要是两者除了都有对电磁干扰有足够大的抑制作用外，分别还有一些特殊的考虑：

１）信号滤波器要考虑滤波器不能对工作信号有严重的影响，不能造成信号的失真。

２）电源滤波器除了要保证满足滤波的要求外，还要注意当负载电流较大时，电路中的电感不能发生饱和（导致滤波器性能下降）。

 6.2滤波器的基本原理

滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理有三种：

１）利用电容通过高频隔低频的特性，将火线、零线高频干扰电流导入地线（共模），或将火线高频干扰电流导入零线（差模）；

２）利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源；

３）利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性，针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可。

 6.3干扰滤波器的种类

根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系，干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类。

低通滤波器是最常用的一种，主要用在干扰信号频率比工作信号频率高的场合。如在数字设备中，脉冲信号有丰富的高次谐波，这些高次谐波并不是电路工作所必需的，但它们却是很强的干扰源。因此在数字电路中，常用低通滤波器将脉冲信号中不必要的高次谐波滤除掉，而仅保留能够维持电路正常工作最低频率。电源线滤波器也是低通滤波器，它仅允许５０Ｈｚ的电流通过，对其它高频干扰信号有很大的衰减。

 １）常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的，电容并联在要滤波的信号线与信号地之间（滤除差模干扰电流）或信号线与机壳地或大地之间（滤除共模干扰电流）电感串联在要滤波的信号线上。按照电路结构分，有单电容型（Ｃ型），单电感型，Ｌ型和反Γ型，Ｔ型，π型。

２）高通滤波器用于干扰频率比信号频率低的场合，如在一些靠近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波造成的干扰。

３）带通滤波器用于信号频率仅占较窄带宽的场合，如通信接收机的天线端口上要安装带通滤波器，仅允许通信信号通过。

４）带阻滤波器用于干扰频率带宽较窄，而信号频率较宽的场合，如距离大功率电台很近的电缆端口处要安装带阻频率等于电台发射频率的带阻滤波器。

不同结构的滤波电路主要有两点不同：

１）电路中的滤波器件越多，则滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。

２）不同结构的滤波电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗，它们的关系应遵循阻抗失配原则。但要注意的是，实际电路的阻抗很难估算，特别是在高频时（电磁干扰问题往往发生在高频），由于电路寄生参数的影响，电路的阻抗变化很大，而且电路的阻抗往往还与电路的工作状态有关，再加上电路阻抗在不同的频率上也不一样。因此，在实际中，哪一种滤波器有效主要靠试验的结果确定。

6.4电源线上干扰的类型

电源线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类：一类是差模干扰电流，另一类是共模干扰电流。差模干扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流，共模干扰电流是在火线、零线与大地（或其它参考物体）之间流动的干扰电流，由于这两种干扰的抑制方式不同，因

 此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提。

共模干扰一般是由来自外界或电路其它部分的干扰电磁波在电缆与“地”的回路中感应产生的，有时由于电缆两端的接“地”电位不同，也会产生共模干扰。它对电磁兼容的危害很大，一方面，共模干扰会使电缆线向外发射出强烈的电磁辐射，干扰电路的其它部分或周边电子设备；另一方面，如果电路不平衡，在电缆中不同导线上的共模干扰电流的幅度、相位发生差异时，共模干扰则会转变成差模干扰，将严重影响正常信号的质量，所以人们都在努力抑制共模干扰。

差模干扰主要是电路中其它部分产生的电磁干扰经过传导或耦合的途径进入信号线回路，如高次谐波、自激振荡、电网干扰等。由于差模干扰电流与正常的信号电流同时、同方向在回路中流动，所以它对信号的干扰是严重的，必须设法抑制。

综上所述可知，为了达到电磁兼容的要求，对共模干扰和差模干扰都应设法抑制。

 6.5电源线滤波器的主要指标：

当我们选用电源线滤波器时，应主要考虑三个方面的指标；首先是电压／电流，其次是插入损耗，最后是结构尺寸。由于滤波器内部一般是经过灌封处理的，因此环境特性不是主要问题。但是所使用的灌封材料和滤波电容器的温度特性对电源滤波器的环境特性有一定影响。

1） 电压、电流对使用效果的影响:电源有直流和交流之分。从原理上讲，交流电源线滤波器既可用在交流电源上，也可以在直流电源上使用。但直流电源线滤波器不能用在交流的场合。电源线滤波器的工作电流超过额定电流时，不仅会造成滤波器过热，而且会导致滤波器的低频滤波性能降低。

2） 插入损耗对使用效果的影响:从抑制干扰的角度考虑，插入损耗是最重要的指标。其定义是：插入损耗（IL）=20lg（E0/E1）（dB）（E0）——没有滤波器时测得的信号电平；E1——有滤波器时测得的信号电平)。插入损耗分为差模插入损耗和共模插入损耗。

3）影响电源线滤波器外形尺寸的因素

滤波器的体积主要是由滤波电路中的电感所决定，电感线圈的体积越大，滤波器的体积也越大。以下因素会影响电感的体积：

1）额定电流：当滤波器的额定工作电流较大时，电感线圈要使用较粗的导线绕制，这自然会增加体积；另外，为了防止磁芯发生磁饱和现象，往往要使用体积较大的磁芯，这也会增加体积。

2）低频特性：当需要滤波的干扰信号的频率较低时共模扼流圈和差模扼流圈的电感量都需要很大，这就导致了电感元件的体积增加。例如开关电源的频率越低，则需要滤波器中的电感量越大。

6.6电源滤波器高频插入损耗的重要性

尽管各种电磁兼容标准中关于传导发射的限制仅到３０ＭＨｚ（旧军标到５０ＭＨｚ，新军标到１０ＭＨｚ），但是对传导发射的抑制绝不能忽略高频的影响。因为，电源线上高频传导电流会导致辐射，使设备的辐射发射超标。另外，瞬态脉冲敏感度试验中的试验波形往往包含了很高的频率成份，如果不滤除这些高频干扰，也会导致设备的敏感度试验失败。

电源线滤波器的高频特性差的主要原因有两个，一个是内部寄生参数造成的空间耦合，另一个是滤波器件的不理想性。因此，改善高频特性的方法也是从这两个方面着手。

内部结构：滤波器的连线要按照电路结构向一个方向布置，在空间允许的条件下，电感与电容之间保持一定的距离，必要时，可设置一些隔离板，减小空间耦合。

电感：按照前面所介绍的方法控制电感的寄生电容。必要时，使用多个电感串联的方式。

差模滤波电容：电容的引线要尽量短。要理解这个要求的含义：电容与需要滤波的导线（火线和零线）之间的连线尽量短。如果滤波器安装在线路板上，线路板上的走线也会等效成电容的引线。这时，要注意保证时机的电容引线最短。

共模电容：电容的引线要尽量短。对这个要求的理解和注意事项同差模电容相同。但是，滤波器的共模高频滤波特性主要靠共模电容保证，并且共模干扰的频率一般较高，因此共模滤波电容的高频特性更加重要。使用三端电容可以明显改善高频滤波效果。但是要注意三端电容的正确使用方法。即，要使接地线尽量短，而其它两根线的长短对效果几乎没有影响。必要时可以使用穿心电容，这时，滤波器本身的性能可以维持到１ＧＨｚ以上。

特别提示：当设备的辐射发射在某个频率上不满足标准的要求时，不要忘记检查电源线在这个频率上的共模传导发射，辐射发射很可能是由这个共模发射电流引起的。

 6.7电源滤波器的安装问题

电源线滤波器从外观上看是一个两端口网络，许多人认为只要按照接线图将滤波器串在设备和电源之间就可以了。这是一个十分错误的概念。

１）电源输入线不应过长：滤波器的电源输入端导线过长，其后果是电网上的干扰进入设备后，还没有经过滤波器，就通过空间耦合到线路板上，对电路造成干扰。而设备内部的干扰会直接感应到电源线上，传出设备。一定要记住，我们所涉及的电磁干扰都是频率较高的，它们极易辐射和通过空间耦合。

２）安装位置：大部分设备的电源输入口安装在设备的后面板，而电源开关、指示灯等元器件安装在设备的前面板，这样电源线进入设备后面板后，先连接到前面板，然后再连接到滤波器上。这时，尽管滤波器距电源线入口很近，会使滤波器旁路掉。

6.8宽带滤波的方案

要彻底解决宽带滤波的问题应该使用穿心电容，穿心电容实质上是一种三端电容，一个电极与芯线相连，另一个电极与外壳相连，使用时，一个电极通过焊接或螺装的方式直接安装在金属面板上，需要滤波的信号线连接在芯线的两端。穿心电容的滤波范围可以达到数GHz以上。之所以具有这样的特性，是因为以下两个原因：

1）接地电感小：当穿心电容的外壳与面板之间在360°的范围内连接时，连接电感是很小的。因此，在高频时，能够提供很好的旁路作用。

2）输入输出没有耦合：用于安装穿心电容的金属板起到隔离板的作用，使滤波器的输入端和输出端得到了有效的隔离，避免了高频时的耦合现象。

使用注意事项：穿心电容在受到高温焊接和温度冲击时，容易损坏，或降低可靠性。为了满足电子设备小型化的要求，穿心电容的体积越来越小。在将穿心电容焊接到面板上时，由于穿心电容与面板的热容量相差很大，会造成焊接局部温度过高，电容损坏。因此，当在大批量产品生产中使用穿心电容时，要请电容厂家协助设计焊接工艺。现在许多厂家开始提供焊接好的穿心电容阵列板。最好直接使用这种阵列板。

 6.9信号滤波器的滤波性能

信号滤波器的滤波性能是选用信号滤波器时的关键指标，滤波器的截止频率必须高于电缆上要传输的信号频率；滤波器3dB插入损耗所对应的频率为截止频率。订购产品时用滤波代码来表征滤波特性。根据具体情况，可以用三种方法确定截止频率:

模拟信号：信号的频率要低于截止频率。

脉冲信号：若上升/下降时间为tr，则1/πｔｒ小于截止频率。

若脉冲信号的重复频率是ｆ，则１５ｆ小于截止频率。

6.10信号滤波器的安装位置

信号滤波器的主要作用是滤除电缆端口上的干扰电流。既防止设备内的噪声电流传导到电缆上，借助电缆辐射；也防止外界干扰在电缆上感应的噪声电流传入设备。一般情况下，

为了满足电磁兼容标准的要求，非屏蔽电缆的端口上必须安装滤波器，否则难以达到要求。

１）板上滤波器：这种滤波器安装在线路板上。优点是经济，缺点是高频滤波效果欠佳。这主要是由于三个原因，一个是滤波器的输入、输出之间没有隔离，容易发生耦合；第二个是滤波器的接地阻抗不是很低，削弱了高频旁路效果；第三个原因是滤波器与机箱之间的一段连线会产生两种不良作用：

①机箱内部空间的电磁干扰会直接感应到这段线上，沿着电缆传出机箱，借助电缆辐射，使滤波器失效。

②外界干扰在面板上滤波器滤波之前，借助这段线产生辐射，或直接与线路板上的电路发生耦合，造成敏感度问题。

２）馈通滤波器：这种滤波器直接安装在屏蔽机箱上的金属隔离板上，由于直接安装在金属隔离板上，滤波器的输入、输出之间完全隔离，接地良好，电缆上的干扰在机箱端口上被滤除，因此滤波效果十分理想。缺点是安装需要一定的结构配合，这必须在设计初期进行考虑。

３）滤波连接器：这是一种使用十分方便、性能十分优越的器件。外形与普通的连接器一样，可以直接替换。它的每根插针或孔上有一个低通滤波器。低通滤波器可以是简单的单电容电路，也可以是较复杂的电路。